När det talas om solkraft och solcellsteknik finns ett stort fokus på att öka verkningsgraden i hur mycket av energiinstrålningen vid optimala omständigheter, som själva cellerna kan ta upp. Det finns teoretiska maxima, och varför är verkningsgraden så viktig, när det räcker med 0.3% av jordens yta för att förse mänskligheten med hela sitt förädlade energibehov via solen?
 |
| Solkraftpark med solföljare vid E18 utanför Västerås. |
Solenergi har ett antal förluster inbyggda i systemet. Det första är förstås atmosfären, som tar upp en del av energin, som ligger på runt 1350 W/m2 utanför atmosfären. När man anger verkningsgraden på solkraft brukar man istället schablonmässigt räkna med att solcellerna står i en vinkel på 48.2 grader, vilket innebär att solljuset passerar en sträcka på 1.5x atmosfärens tjocklek. Detta leder i sin tur till en normaliserad solinstrålning på 1000 W/m2 vid denna vinkel mot solen. Det innebär förstås att en helt plant installerad solcell vid ekvatorn på höst- eller vårsolståndet har större solinstrålning än detta, men detta är alltså schablonen som räknas mot. 1000 W/m2 är också en snygg siffra.
Naturligtvis blir denna nominella solenergi lägre när vinkeln mot solen inte är perfekt och solen står på en punkt där mer av atmosfären ligger mellan solkraftanläggningen och solen.
Solceller har ett bandgap inom vilka spektrumfrekvenser de verkar, vilket gör att man får spektrumförluster. Har en foton för låg energi för bandgapet passerar den rakt igenom och kan inte ge ifrån sig sin energi.Och har den för hög energi kan den inte heller nyttjas. Teoretiskt optimalt blir minst 48% energiförluster på grund av detta.
Ytterligare minst sju procentenheter försvinner på svartkroppstrålning, vilket också varierar med temperaturen. Detta är anledningen till att solceller ger mindre energi vid högre temperaturer, en fördel för solenergi på våra breddgrader.
Därtill finns rekombinationsförluster, vilket kräver en större förklaring av fysiken bakom den fotoelektriska effekten,. När det gäller kisel blir under optimala omständigheter förlusterna ytterligare 10 procentenheter.
Sammanslaget kallas dessa minsta möjliga förluster för Schokley-Queissiers gräns. Under optimala omständigheter kan solceller ge 33.7% i verkningsgrad. I laboratorier har verkningsgraden nått 26% och det finns kommersiella solceller med en verkningsgrad över 20%.
Dock tillkommer ytterligare förluster, eftersom solcellerna måste installeras som en del av ett system, som solpaneler. De behöver skydd mot vädrets makter, vilket betyder att man får reflextans mot solapanelens glas, glas som också tar upp en del av solenergin som värme, och därtill är inte produktionen av solceller helt perfekt.
Det går dock att komma runt delar av Schokley.-Queisseier. Man kan stapla två solceller med olika bandgap ovanpå varandra och nå teoretisk högsta verkningsgrad på 42%. Detta kallas tandemceller. När antalet olika staplade bandgap går mot oändligheten kan man teoretiskt nå 68% i verknignsgrad. Sedan finns det ett antal andra teoretiska tekniker, som photon upconversion, hot carrier injection, och fluoresence downconversion, samt förstås alternativa solcellsmaterial, som inte är baserade på den billiga och ur mänskligt perspektiv oändliga tillgången av kisel (“sand”). Dessa alternativa tekniker är inte konkurrenskraftiga eller stabila idag.
Den solinstrålning som sker på 0.3% av jordens yta räcker för att ge mänskligheten all den förädlade energi vi använder idag. Sahara täcker 6% av jordens yta. Sverige har lite sämre solinstrålning och här skulle 0.8% av landarealen krävas, eller 400 m2 per person. En tvåbarnsfamilj med en villatomt på 1200 m2 skulle alltså kunna vara självförsörjande på hela sitt energibehov, inklusive det man köper in som varor och tjänster från resten av samhället, och inklusive all uppvärmning och alla transporter om solkraften kunde konverteras till detta.
Det som skulle krävas för svensk del är att belägga en yta lite större än Gotland med solceller, fast naturligtvis utspritt över landet nära behoven.
I världen i snitt behövs 50 m2 per person vid aktuell förbrukning av förädlad energi, vilken förstås inte ligger på svensk nivå på de flesta platser. Både på grund av levnadsstandard, men också på grund av breddgraden med tillhörande klimat, samt transportavstånd på dessa av nödvändighet glest befolkade breddgrader.
Varför är då solcellers verkningsgrad så viktig? Vi har uppenbarligen inte brist på utrymme?
Solceller och solpaneler i sig har blivit så billigt idag att en mycket stor del av solkraftens kostnad handlar om installationskostnader eller om man så vill arbetskraftskostnader. De senare är som bekant bland de högsta i världen här i Sverige.
Kan man alltså dubbla verkningsgraden halverar man installationskostnaderna. Det krävs lika mycket arbete, men man installerar dubbelt så mycket solenergi. När över 50% av kostnaden är installationen, så är det där snarare än på priset på solpanelerna man kan göra de största effektiviseringarna.
Min egen solkraftanläggning installerades på mindre än en dag, oräknat ställningsbygget och rivandet av byggnadsställningarna och inkopplingen av anläggning, vilket bara tog någon timme när elektriker var på plats. Arbetet var mycket effektivt, men är nog svårt att effektivisera mycket mer. Bättre då att få effektivare solceller och mer effekt från samma yta och samma arbetsinsats.
Så vad hindrar ett hushåll från att maximera mängden solceller på fastigheten? Ett problem är nätkostnaderna. Har man som de flesta idag 16A i huvudsäkringar, så kan man maximalt ha 16*3*230=11 kW installerat. Själv har jag 20A, och kan därmed installera knappt 14 kW, eller nästan 3x dagens installation på 4.76 kWp.
Därefter får man en smäll i skallen i högre nätavgift från elnätägaren, när man måste säkra upp huvudsäkringen. Detta gör tyvärr att ekonomin i en större anläggning går förlorad, där allt eller det mesta av den ekonomiska vinsten går till nätägarens avgifter.
Solenergi är naturligtvis inte en möjlig lösning för hela världens energibehov, i synnerhet inte på våra breddgrader, där man inte bara måste ta hänsyn till att solen trots allt bara skiner delar av dygnet, och därtill när vi behöver minst energi under sommarhalvåret. I Sverige är dock lagring möjlig genom att låta vatten vara kvar i våra vattenkraftmagasin, som dock kan behöva byggas ut, vilket aldrig skulle gå igenom miljöklagomålen, om de inte ska användas sommartid.
För det skattebetalande hushållet är solkraft lönsamt i Sverige idag, trots de höga arbetskraftskostnaderna, men svårare att räkna hem som ren solkraftproducent. Sverige och Norden har dock låga elpriser när man tar bort skatterna, och solkraft har nått grid parity i större delen av världen. Det finns inte heller några praktiska begränsningar i tillgången till kisel, utan begränsningarna blir snarare kring kablar och kopplingar i koppar, aluminium eller silver.
50 kommentarer
Det räcker med 1 530 300 000 000 kvadratmeter solpanel, har ingen sagt någonsin.
Idag gör vi av med runt 10 000 000 000 liter olja i veckan.
Det är endast 0.0000007% av oceanernas volym.
Tyvärr, eller som tur är, består inte oceanerna av olja.
Varför inte 1 530 300 000 000 000 000 kvadratmilimeter solpanel?
Klarar bildens solkraftpark i Västerås stormar som Alfrida i vintras? I min skärgårdskommun är det fortfarande plockepinn överallt i skogarna och trädgårdarna. Nästan lika mycket som efter stormen Gudrun. Solpanelerna kan behöva skyddas extra.
Fast sedan har vi problemet med nätter och vintrar och hur vi ska lagra vår el från tid med bra sol till tid med lite sol.
Nu var de 400m2 inte bara lokal konsumtion men redan den lokala konsumtionen blir en utmaning.
Vad händer, om blixten slår ner i solkraft-anläggningen, finns det några känsliga komponenter, som t ex inverter?
Glider snön och isen lätt av från solpanelerna på vintern, om det kommer en isstorm och isen lägger sig på panelerna och sedan 1 m snö? Vissa vintrar har vi fått klättra upp på taket med en skovel för att bli av med snön. Håller infästningarna till solpanelerna för tunga snölaster (som normalt antas glida av, men med isbildning fastnar på panelerna istället?)
Om det rasar ner en trädgren på solpanelerna i höststormen, finns det risk att panelen skadas? Ska man fälla extra mycket träd runtom huset för att minimera den risken? Eller om grannens studsmatta sliter sig och rullar omkring och studsar mot några solpaneler, som spricker? Det kan vara svårt att ersätta den med en exakt likadan panel?
En del entusiaster med stor tomtyta har placerat solpanelerna på marken i ställningar, men någon har fått panelerna bestulna över natten. I mitt område smyger det omkring tjuvar nattetid och letar efter bildäck, båtmotorer och vattenskotrar. Min stora tomt skulle visserligen vara perfekt för generering av solkraft, men panelerna kanske försvinner över natten?
Hur fästs solpanelerna på taket? Skadas takets tätskikt i samband med installationen?
Snön glider lätt av, oavsett ger de i princip ingen ström vintertid ändå, så förlusterna är minimala ändå.
Slår blixten ner i huset spelar det nog mindre roll om du har solpaneler eller ej.
Ser man bara problem föreslår jag inte att man ska ha solpaneler.
Som med allt annat så bör man väl skaffa en försäkring och kolla vad villkoren är vid en eventuell olycka.
Jag är tveksam till att allt annat kräver en försäkring.
Ah, du har t ex inte hört talas om min "hämta tidningen"-försäkring? Tänk vad mycket som kan hända från brevlådan och tillbaka. Just nu har vi kampanjpris på bl a denna och andra försäkringar. Ring oss redan idag, imorgon kan du ha dött av en nedfallande flygel.
PS. Av juridiska skäl gäller försäkringen endast om olyckan fysiskt på Nauru eller Cayman Islands. DS.
Jag ser barnsjukdomar med solpaneler och oförutsedda problem, som orsakar extra kostnader. Jag har faktiskt några solpaneler för laddning av mina AGM-batterier, men ingenting som har monterats utomhus – ännu.
Som när jag blev nekad ersättning för att ha repat hyrbilens fälg, eftersom försäkringens finstilta sa att jag måste betala hyrbilen på plats. Dum som jag är betalade jag när jag bokade, och kortets försäkring gäller alltså inte och hade aldrig gjort under alla de gånger jag hyrt bil. Skönt att jag inte kör bil alls längre.
Barnsjukdomar? Den första solpanelen kom väl 75 år sedan.
Tänkte att glasytan eller dylikt material kunde krackelera vid extrem kyla. Jag såg häromdan en kritisk dokumentär om solpaneler, där vinsten åts upp av invertern, som fick bytas ut 3 ggr.
https://eneosolutions.se/manga-orsaker-till-fel-pa-solceller/
Ja, det är ju känt sedan gammalt hur moderna glasrutor spricker och faller sönder på vintern.
Givet att mängden solkraft och vindkraft som kan installeras beror på mängden reglerkraft som finns tillgänglig i form av vattenkraft och att vi inte kan öka denna, finns det då någon anledning att inte bara bygga det ena eller det andra? Kompletterar sol och vind varandra på något sätt? Vad jag kan se är vind billigare och genererar mindre co2 per kWh. Dessutom producerar vind mera jämnt över året vilket gör att man kan ha mera effekt vindkraft än solkraft i förhållande till reglerkraften?
Argumentet för solkraft är att det är det enda som privatpersoner själva direkt kan installera, därtill i princip utan myndighetstillstånd. Dock är CO2-perspektiv är kärnkraft, vattenkraft och även vindkraft bättre. Jag hade gärna slängt upp en liten reaktor hemma på ägorna, men tyvärr finns inga några bra underhållsfria konsumentprodukter än. Plus att man nog skulle behöva tillstånd och därtill säkra upp huvudsäkringen.
Det är också en fråga om man prioriterar CO2, hållbarhet eller ökad personlig prisfrihet. Lite vem man vill ge pengarna till.
Men visst har du nån liten bäck som skymtat i nån gammal odlingsbild? Funderat på vattenkraft?
Räknade på det. Om jag dämmer upp fint och får en fallhöjd på kanske 1.5 m, så kan jag driva en lågenergilampa året runt. Det krävs enorma mängder vatten för vattenkraft.
Fast sådant kräver tillstånd.
Solpaneler ses alltså i första hand som en form av individuell skatteplanering då? Det är ungefär där jag själv landat.
När det gäller vattenkraft så är det bra att veta att all elproduktion medelst generator är skattepliktig , en skrivning just för att gynna solkraften.
Utan att verifiera, det är därför småskalig vindkraft blivit ihjälslagen i Sverige.
I övrigt är det rätt gött att under sommarhalvåret vet att man under några timmar varje dag inte ens betalar skatt för elförbrukningen. T ex köra kylande AC utan att betala någon energikostnad.
Pelle.
Lätt fixat med vattenkraft! En vanlig asynkronmotor funkar lika bra, dock kan man inte köra ödrift eller sälja energin. Men man producerar gratis och på rätt sida mätaren. Håll koll på kabelareor och lite annat så trixar du systemet lagligt.
Förresten… komplettera med ferroamps fasutjämning för bästa resultat. (Och för att skona lindningarna(allt borde gå på trefas))
Jag eldar sopor och heltäckningsmattor i min järnkamin.
Otto Flick är även känd som BenDovers äldre bror Assar, som det aldrig gick så bra för.
En liten mini-SECURE? "Safe and Environmentally Clean Urban Reactor"?
Min arabiske adoptivbror, Usuq Madiq.
Hah 😄
Skämtet förstås helt på Ott.. förlåt, Assars bekostnad.
https://sv.m.wikipedia.org/wiki/Solenergi av intresse bör vara hur mkt energi w/m2 som träffar solpaneler och att panelen är så vinkelrätt mot solen som möjligt. Skulle tro att det också är viktigt att hålla glasytan så ren som möjligt. Alla vet ju hur effektivt det är att tända eld med ett förstoringsglas. Så att solenergi är en smart väg mot ett miljö smart samhälle är utom tvivel. Vätgas är en annan intressant energilösning som inte diskuteras så ofta. Troligen en bättre lösning framöver än elbilar. Sen kan man klura lite mer på Sterlingmotorer. Har sett att det finns en lösning från ett Österrikiskt bolag. Sen kan man ju börja med att byta ut alla glödlampor till LED lampor. Spis ugn micro o varmvattenberedaren är stora energi slukar. Dagens tvättmaskiner och kyl/frys kan säkert optimeras mer. Högeffektiva värme/kyl pumpar är också hyfsat el snåla. Så summa sumarum om staten satsade på att utbilda befolkningen så skulle vi med stor sannolikhet kunna optimera privatpersoners energianvändning. Tramset med 1 MDR på elcyklar kunde användts bättre. Cournu du är en rätt kul gubbe Starta en parti så skall JaG rösta för att du kommer in i riksdagen. Alldeles för många ärthjärnor i vår riksdag. Fram för mer teknokrater som vet vad de pratar om.
Skybird
Varför måste man säkra upp bara för att man har hög effekt på solcellsinstallationen? Kan man inte ha automatiska jalusier om solen en dag brinner för kraftigt? Eller ladda sitt batteri? Eller helt enkelt köra överskottet i ett effektmotdtånd som värmer den heta källan till badet?
Eller så programmerar man bara Växelriktaren att inte generera mer el än vad säkringarna tål.
Solceller är som ett batteri, där batteriets kapacitet är beroende av hur mycket sol som når dem.
Med tanke på vad monopol nätägarna tar för att gå upp i säkring undrar jag om det är lönsamt för att generera några extra kWh. Men man får räkna på det.
Du behöver inte effektbegränsa växelriktaren, behåll ditt förbrukningsabonnemang och mata in din produktion via separat säkring.
Negativ elpris idag 🙂
PH-20190602-15 (I) 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
PH-20190602-15 (X) 14,40 -19,55 4,80 -7,22 69,50
inget nytt för tyskland men i svergie börja detta nu at bli vanligare.
Utsläpp av koldioxid per producerad kilowattimme:
Vindkraft 5 gram
Solceller 20 gram
Småskalig vattenkraft 20 gram
Storskalig vattenkraft 60 gram
Kärnkraft 125 gram
Kolkraft 439 gram
Hela "näringskedjan", medräknad, från tillverkning av vindkraftverk och solceller, brytning av uran, byggande och rivande av vattenkraftsdammar, återvinning av solcellsmetaller, slutförvar av kärnavfall osv mm…
Källa: Stanford University, Kalifornien.
Vattenkraft varierar kraftigt, misstänker att de räknat på en betongdamm?
IPCC anger 24gram som median för vattenkraft.
Vindkraft 12g
Kärnkraft 12g
Solceller 40-50 gram
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Life-cycle_greenhouse-gas_emissions_of_energy_sources
Kärnkraft släpper ut minst CO2 av alla kraftslag , allt inräknat . En stolle i USA har räknat med framtida kärnvapenkrig i KK utsläppen och då kommer man till vilka siffror som helst .
Nej, din källa är inte Stanford University utan Stanford forskaren Marc Jacobsson. Citerar man hans livscykelanalyser så exkluderar man samtidigt sig själv från all seriös diskussion. Hans livscykelanalyser är ett bra exempel på att man kan få en livscykelanalys att visa i stort sett vad som helst, bara man lägger till utsläppskällor efter eget godtycke. Exempelvis så har han inkluderat utsläpp från fossilgaskraft och brinnande städer på grund av kärnvapenkrig i utsläppsvärdena för kärnkraft. Han är föga förvånat anti-nuclear, och också ökänd för att han stämmer andra forskare som kritiserar honom.
För svenska förhållanden så rekommenderar jag Vattenfalls livscykelanalyser, dessa är tillskillnad från Jacobssons gjorda enligt internationellt accepterade standard och avser svenska förhållanden. Kärnkraften ligger då strax under 6 gram per kWh levererat till förbrukaren, vindkraften på drygt det dubbla och vattenkraften strax däremellan.
det måste finnas ett system för at vindkraft kommer inte at stoppa produktion när el inte behövs, under ett visst elpris kanske skulle el bli skattefritt för privata bostadsföretag och privatperson som har elstolpe och batterilagring. Det är inte bra om vindkraft bara stängs ner och finns även krav at stängs ner som i tyskland. Vehicle to grid är inte jätte interessant men gratis laddström vid överproduktion är en idee!
Ellagen ger producent rätt att mata in 63 A avgiftsfritt. Krävs att dock att din servis har kapacitet för 63 A.
allt upp till 63A, detta gör det svårt för brf at räkna fram lönsamhet, det betyder ingen rätt at dra av 60öre från skatt och man få inmatningsabonnemang på toppen.
Privat är det ok idag, speciell om man kan göra lite själv. Vi har 150A säkring i Brf och max 20-25kwh när solen är ute under sommar tiden. Nätbolag räknar det högsta timmförbrukning för effektdebitering per månad. Detta betyder man få nästan inte mera än spotpris eller kortfristigt avtalade inmatningsavtal för bättre pris som man inte kan räkna med framöver.
Några kommentarer från en energi- och klimatrådgivare i småland: Installationskostnaden stiger förstås inte linjärt med antal paneler – eftersom det finns en hel del fasta delar som knappast påverkas av solcellernas verkningsgrad. Resonemanget håller fortfarande, men totalt sett kan monokristallina solceller (som ju generellt har högre verkningsgrad) inte konkurrera ekonomiskt (det är där för det byggs så lite av dem). Estetiken kan däremot påverka – men då har vi frångått ekonomin.
Den andra kommentaren jag gärna vill framställa är att man INTE behöver säkra upp sitt abonnemang för att man producerar mer än vad man har för inkommande idag. Detta förutsätter dock att solcellsanläggningen har en egen kabel fram till mätaren/anslutningen till fastigheten. Fixar man det kan man ha 25A ut och 16A in. Alltså ingen "straff-avgift" för den som vill bygga lite större.
Sedan finns förstås andra effekter av att bygga stort – en mindre andel av produktionen kommer ersätta inköp och en större andel kommer säljas på nätet. Detta ger en sämre ekonomi per kWh, men beror alltså inte på ökad nätavgift.
Finns svarta polykristallina, med svart ram dessutom. Har själv lyft några sådana på plats.
Köp midrangeceller. Idag typ, 290-300W, mest pang för pengarna.
Man kan alltid programmera sin Växelriktaren så att dne inte överbelastat säkringarna.
Huruvida det är sämre ekonomi att sälja, än att minska förbrukningen må vara, men så stor är inte skillnaden så länge vi har skatterabatten.
En anledning till att verkningsgraden är viktig är att man måste kunna räkna hem energiåtgången för tillverkningen av solcellerna under deras livstid. Detta är den viktigaste anledningen till att Kina är den största tillverkaren av solceller.
Å där når vi pudelns kärna:
Kan man tillverka sina solceller med energi från solceller osv… och vara lönsam? Eller måste cykeln matas med det fossila amfetaminet.
Vi måste använda oljan för att ta klivet bort från den…